硬X射線自由電子激光裝置注入器實現100MeV束流加速

　　【儀表網 研發快訊】2024年10月30日，硬 X 射線自由電子激光裝置(SHINE)開啟注入器束流調試并于當日實現束流貫通，束流加速能量達到工程設計要求的100兆電子伏特(MeV)。
 

　　SHINE 作為最新一代基于連續波超導加速器的高重頻自由電子激光裝置，將建設1臺電子能量8吉電子伏特(GeV)的超導直線加速器和若干波蕩器線、光束線以及實驗站。注入器是SHINE直線加速器的最主要組成部分之一，包含一臺光陰極常溫連續波甚高頻(VHF)電子槍、一個常溫L波段聚束器、工作在2K液氦溫區的一臺單腔超導加速模組和八腔超導加速模組等束流加速設備，對加速器束流性能起著決定性的作用。SHINE注入器在國內率先實現了一系列關鍵技術突破，如VHF 電子槍、高品質因數連續波超導射頻加速模組等，還采用了進行束流微聚束控制、束流測量和束團分配的多項關鍵技術，如控制能散的激光電子束加熱器、測量束長的S波段偏轉結構、分配束團的脈沖磁鐵等。
 

　　10月30日上午，電子槍發射的20皮庫(pC)束團電荷量經聚束器加速后，首次進入超導模組段加速單元。現場調試人員依次完成兩臺超導加速模組共9支超導加速腔的幅相調節和相位掃描，束流加速能量于當晚達到工程設計要求的100MeV。經初步優化，束團電荷量為20pC、重復頻率為10Hz、能量為100MeV 的束流順利抵達注入器末端的45kW 滿功率廢束桶，實現注入器束流貫通。這是繼2023年底電子槍段實現束團能量為750keV、電荷量為100pC和重復頻率為1MHz 束流指標后的又一加速器調束里程碑，標志著工程進入注入器整機束流調試的新階段。調束團隊將再接再厲，繼續提升和優化束流參數，力爭在2024年年底使SHINE注入器全面達到設計指標。
 

　　目前，SHINE直線加速器工藝設備已全面進入加工制造和安裝階段，預計整個SHINE直線加速器將在2027年第二季度完成調束，達到驗收指標。
 

　　SHINE的建成將使我國擁有最新的高重頻、高峰值亮度、納米級超高空間分辨能力和飛秒級超快時間分辨能力的X射線自由電子激光裝置，為物理、化學、生命科學、材料科學、能源科學等多學科提供高分辨成像、超快過程探索、先進結構解析等尖端研究手段，為我國基礎科學的前沿發展帶來前所未有的前景。
 

　　中國科學院上海高等研究院作為項目主要建設單位之一，負責硬X射線自由電子激光裝置加速器總體、公用設施總體工程建設任務，參與束線站總體工程建設工作。本次100MeV出束的注入器由中國科學院上海高等研究院負責研制、集成和調試。